学龄期儿童近视预防座椅设计研究

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学龄期儿童近视高发,坐姿不良是一个重要诱发因素,对读写姿势等相关视近行为进行干预是预防近视发展的重点之一。本论文从座椅设计出发,通过对坐姿生理因素分析,发现跪式坐姿可以帮助脊柱接近自然直立状态,增大作业坐姿视距。建立了预防近视与座椅设计的联系。采用摄像法、表面肌电信号技术和主观评价方法,首先研究了学龄儿童在普通坐姿和跪式坐姿下的视距和舒适度,验证跪式坐姿对视距控制的有效性。其次通过对照实验研究了跪式座椅不同座面倾角和腿部支撑倾角对学龄儿童视距和坐姿舒适度的影响。两组实验采集的数据包括坐姿图像、表面肌电信号数据和主观评分。使用Python、Photoshop 2020、Image J和Matlab_R2016b分别进行图像选取、图像矫正、视距测量和肌电信号数据计算。实验采用IBM SPSS Statistics 2进行单因素方差分析、配对样本T检验和多重比较。主要研究成果如下:1、跪式座椅可以增大学龄期儿童在进行读写任务时的视距,帮助预防近视;2、相比普通坐姿,学龄期儿童使用跪式坐姿的舒适性比普通座椅低;3、研究发现,跪式座椅10°、20°和30°座面倾角对学龄期儿童竖脊肌和腓肠肌舒适度均有显著影响,其中在30°座面倾角,30°腿部支撑倾角时,学龄期儿童腰部竖脊肌最舒适,此时腿部腓肠肌最不舒适;4、研究发现,跪式座椅20°、30°和40°腿部支撑倾角对学龄期儿童腓肠肌的舒适度影响显著,而对腰部竖脊肌影响不大。其中,在30°腿部支撑倾角,20°座面倾角时,腓肠肌舒适度最高;5、综合考虑腰部和腿部的舒适度,使用20°座面倾角和30°腿部支撑作为后续儿童近视预防座椅的设计依据。本论文将实验结论应用到学龄期儿童座椅的设计中。在对学龄期儿童特点分析时,调研结果表明,超过50%的学龄期儿童在读写时经常使用前倾坐姿,而后仰坐姿比例不高;长时间使用传统学习座椅容易导致脖子、腰背部酸痛和眼部酸涩,而下肢的酸痛情况现象较少。本文还明确了设计对象和用户需求,在此基础上从功能要素、尺寸要素和视觉要素三方面进行产品设计。邀请5名专家使用名次记分法对本论文设计的产品和市场现有产品进行评价打分,结果表明本文设计的座椅综合得分最高。此外,邀请16名被试对实物模型进行可用性测试,采用SUS(System Usability Scale)系统可用性量表进行评分,最终验证本文设计产品总体符合可用性评估标准。最终为学龄期儿童设计一款预防近视座椅,座椅可以增加视距以防止近视,同时具有一定舒适感。本论文为学龄期儿童预防近视产品提供了新思路。
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